ANÁLISE TÉRMICA, ELETROMIOGRÁFICA E MECANOMIOGRÁFICA DO MÚSCULO RETO FEMORAL DURANTE O MOVIMENTO DE PEDALADA

  UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E

  INFORMÁTICA INDUSTRIAL MANUELA CRISTINE GELAIN

  

ANÁLISE TÉRMICA, ELETROMIOGRÁFICA E MECANOMIOGRÁFICA

DO MÚSCULO RETO FEMORAL DURANTE O MOVIMENTO DE

PEDALADA

  DISSERTAđấO CURITIBA

  2016

  MANUELA CRISTINE GELAIN

  

ANÁLISE TÉRMICA, ELETROMIOGRÁFICA E MECANOMIOGRÁFICA

DO MÚSCULO RETO FEMORAL DURANTE O MOVIMENTO DE

PEDALADA

  Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial da Universidade Tecnológica Federal do Paraná como requisito parcial para obtenção do Grau de “Mestre em Ciências” - Área de Concentração: Engenharia

Biomédica.

  Orientador: Prof. Dr. Percy Nohama Coorientador: Prof. Dr. Guilherme Nunes Nogueira-Neto Prof. Dr. Pedro Miguel Gewehr

  CURITIBA 2016

  

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação

Gelain, Manuela Cristine G314a Análise térmica, eletromiográfica e mecanomiográfica do músculo

  2016 reto femoral durante a pedalada / Manuela Cristine Gelain.-- 2016.

  120 p. : il. ; 30 cm Texto em português, com resumo em inglês Disponível também via World Wide Web Dissertação (Mestrado) - Universidade Tecnológica Federal do

  Paraná. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Curitiba, 2016 Bibliografia: p. 91-98

  1. Pernas – Músculos. 2. Fêmur – Músculos. 3. Termografia médica.

  4. Fadiga muscular. 5. Ciclismo. 6. Engenharia elétrica – Dissertações. I. Nogueira Neto, Guilherme Nunes. II. Gewehr, Pedro Miguel. III. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós- Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial. IV. Título.

  CDD: Ed. 22 -- 621.3 Biblioteca Central da UTFPR, Câmpus Curitiba

  

A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

  

AGRADECIMENTOS

A Deus por manter a minha força e saúde.

  À minha família, Josane Cristina Schmuker, Andressa Cristina Gelain, José Nilceu Schmuker e Mariza Martins Schmuker, pela paciência, compreensão e amor. Ao meu orientador Percy Nohama por me fazer perceber outras perspectivas. Ao meu co-orientador Guilherme Nunes Nogueira-Neto por todo auxílio e contribuição durante a pesquisa. À UTFPR e CAPES por fornecerem locais para estudo, realização da pesquisa e suporte financeiro. Aos voluntários da pesquisa. À Taisa Daiana da Costa, minha amiga, colega de estudo e de laboratório, que sempre me incentivou e ajudou. Aos meus amigos Fernanda Garcia Karam, Gabriel Ott, Wanderson Gomes, pelo carinho e atenção. À minha banda Soundboxmachine, pela compreensão por não poder estar presente sempre. À Sandra França, por todo suporte e dedicação. À Raciele Ivandra Guarda, a professora que me iniciou no mundo da pesquisa, a quem sempre terei respeito e admiração.

  

RESUMO

  GELAIN, Manuela Cristine. Análise térmica, eletromiográfica e mecanomiográfica

  • do músculo reto femoral durante o movimento de pedalada. 120 p. Dissertação

  Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. Desde a década de 80, a obesidade mundial aumentou cerca de 36%. O cicloergômetro é um recurso para combater a obesidade e também pode ser utilizado como instrumento para manter, reabilitar e avaliar o condicionamento físico. Pedalar promove uma série de benefícios ao organismo como a melhora do condicionamento cardiorrespiratório, do sistema cardiovascular e musculoesquelético, das conexões neurais e da autoestima. A termografia é um recurso utilizado para medir a temperatura emitida pela superfície da pele. A eletromiografia (EMG) e a mecanomiografia (MMG) quantificam e qualificam a contração muscular. O objetivo desta pesquisa é investigar a viabilidade da análise térmica superficial da pele na identificação das alterações metabólicas e vasculares geradas pela contração muscular durante a pedalada, em indivíduos hígidos, por meio da correlação com os sinais eletromiográficos e mecanomiográficos. Onze voluntários do sexo masculino foram separados em dois grupos: sedentários (GS) e dos ativos fisicamente (GA). Eles participaram do protocolo de pedalada com acréscimo de carga até a fadiga muscular do músculo reto femoral. Dois testes (1 e 2), com intervalo de 1h entre ambos, foram realizados. A coleta dos dados antropométricos, cardíacos, térmicos e dos sinais neuromusculares resultou em tabelas exportadas ao software IBM SPSS Statistics para análise da distribuição normal, percentagens, testes de Wilcoxon, Mann-Whitney e correlação da temperatura com os sinais neuromusculares pelo teste de Spearman. As medianas antropométricas dos participantes mostram para o GS a idade de 33±4,5

  2

  anos, massa de 82±12 kg, altura de 1,85±0,09 m, IMC de 23,95±2,65 kg/m , adipometria da coxa de 11,73±4,98 mm e perimetria de 0,55±0,04 cm. Já para o GA, a idade de 28±12 anos, massa de 66,5±8,58 kg, altura de 1,76±0,04 m, IMC de

  2 21,75±2,78 kg/m , adipometria da coxa de 10±2,09 mm e perimetria de 0,57±0,02 cm.

  A frequência cardíaca diminuiu 25% do primeiro para o segundo teste, assim como a pressão arterial, sistólica e diastólica, em cerca de 3 e 15%, respectivamente, no GS. A temperatura diminuiu de 1 a 3 °C em ambos os grupos; entretanto, o teste de Wilcoxon comprovou o resultado significativo apenas para o GS no primeiro teste, com p= 0,018, e no segundo, com p=0,043. Houve aumento da amplitude dos sinais da MMG e EMG, entretanto, os testes de Wilcoxon e Mann-Whitney não apresentaram p-valor significativo. Na correlação da temperatura com a contração muscular, por meio do teste de Spearman, somente o GA apresentou um p-valor significativo e forte na MMG (p=0,01 e r=1,000) e na EMG (p=0,01 e r= -1,000). Com esses achados, concluiu-se que a variação térmica se comporta de modo inversamente proporcional à variação de amplitude dos sinais de EMG e MMG e a temperatura representa um parâmetro viável para análise das alterações metabólicas e vasculares geradas pela contração durante as atividades aeróbicas com acréscimo de carga até a exaustão.

  

Palavras-chave: Termografia, eletromiografia, mecanomiografia, fadiga

neuromuscular, músculo reto femoral, pedalada.

  

ABSTRACT

  GELAIN, Manuela Cristine. Thermographic, electromyographic and

  

mechanomyographic analysis of rectus femoris muscle during cycling

movement. 120 p. Dissertation

  • – Graduate Program in Electrical and Computer Engineering of Federal University of Technology - Paraná. Curitiba, 2016. From the 80s on, global obesity increased around 36%. Cycle-ergometer is a resource to oppose obesity and it is also used as a tool to maintain, rehabilitate and evaluate physical conditioning. Cycling promotes a number of benefits to the organism as the improvement of cardiorespiratory condition, cardiovascular and musculoskeletal system, neural connections and self-esteem. Thermography is a resource used to measure body skin temperature. Electromyography (EMG) and mechanomyography (MMG) allows quantifying and qualifying muscle contraction. The goal of this research is to investigate the feasibility of surface skin thermal analysis in the identification of metabolic and vascular disorders created by muscle contraction during cycling in healthy individuals, through correlation with electromyographical and mechanomiographical signals. Eleven male volunteers were separate on two groups: sedentary (GS) and physically active (GA). Both participated on cycling protocol with load increase until muscular fatigue of the rectus femoris occurs. There were two tests (1 and 2) with 1h interval in between. After collection of anthropometric data, cardiac, thermal and neuromuscular signals, tables were compiled and their values exported to

  IBM's SPSS Statistics in order to check the normal distribution, percentages, Wilcoxon’s and Mann-Whitney’s test and the correlation of temperature with neuromuscular signals using the Spearman's test. The median anthropometric values of the GS showed average age of 33±4,5 years, weight of 82±12 kg, height of

  2

  1,85±0,09 m, BMI of 23,95±2,65 kg/m , measurement of thigh ’s skinfold thickness of

  11,73±4,98 mm and perimeter of 0,55±0,04 cm. The average values for GA were: age of 28±12 years, weight of 66,5±8,58 kg, height of 1,76±0,04 m, BMI of 21,75±2,78

  2

  kg/m , measurement of thigh’s skinfold thickness of 10±2,09 mm and perimeter of 0,57±0,02 cm. The heart rate decreased 25% from de first to second test, likewise systolic and diastolic arterial pressure around 3% and 15%, respectively, for GS.

  Temperature decreased from 1 to 3 °C in both groups, however, Wilcoxon’s test proved a significant result only to GS first test p=0,018 and second test p=0,043. The amplitude of MMG and EMG signal increased, however

  Wilcoxon’s and Mann- Whitney’s tests did not show a significant p-value. Concerning temperature correlation to muscle contraction by Spearman’s test, only GA showed a significant p-value and strong correlation for MMG (p=0,01 and r=1,000) and EMG (p=0,01 e r= -1000) signals. From these findings, it was concluded that thermal variation behaviors inversely proportional to EMG and MMG amplitude variation, and temperature represents a feasible parameter to analyze the metabolic and vascular disorders created by muscle contraction during aerobic activities with load increase until exhaustion.

  

Keywords: Thermography, electromyography, mechanomyography, neuromuscular

fatigue, rectus femoris muscle, cycling.

  

LISTA DE FIGURAS

  

  

  

  

  

LISTA DE TABELAS

  

  

  

LISTA DE GRÁFICOS

  

  

LISTA DE QUADROS

  

  

SUMÁRIO

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  1.1 MOTIVAđấO E JUSTIFICATIVA Segundo a Organização Mundial da Saúde , ocorreu um aumento de 36% do índice de obesidade mundial, descrito nas pesquisas realizadas desde 1980 a

  2013. A obesidade é um problema derivado da disfunção alimentar e/ou da tireoide e que, somada à inatividade física, gera uma série de alterações sistêmicas. Entre elas, pode-se citar a hipertensão arterial, dislipemia, a aterosclerose e diabetes mellitus.

  O ciclismo é um esporte reconhecido mundialmente que pode minimizar ou sanar as alterações sistêmicas desencadeadas pela obesidade. A sua prática apresenta o intuito de competição, passeio, treinamento físico e tratamento terapêutico . Na área da saúde e em pesquisas científicas, o cicloergômetro é utilizado como uma ferramenta para manter o condicionamento físico, reabilitar e avaliar as condições cardiopulmonares, musculoesqueléticas e as disfunções neurológicas .

  As atividades aeróbias como a pedalada, promovem uma série de benefícios ao organismo como a melhora do condicionamento cardiorrespiratório, do sistema

  1

  cardiovascular e musculoesquelético, das conexões neurais e melhora da autoestima pela liberação das endorfinas .

  Para um bom desempenho durante a pedalada, é necessário que o sistema

  2

  nervoso central receba realimentação dos sistemas cardiopulmonar, vascular e musculoesquelético, e ocorra equilíbrio na distribuição das fontes energéticas para suprir as demandas metabólicas . Isto deve acontecer, principalmente, para os músculos responsáveis pela pedalada: o quadríceps, com ênfase no reto femoral e os gastrocnêmios, considerados a segunda bomba 1 cardíaca por auxiliar no retorno venoso . 2 Neuroplasticidade Do inglês feedback

  A fraqueza desses músculos, além de prejudicar o desempenho da ciclista, também pode complicar os movimentos funcionais nas atividades de vida diária como caminhar, subir e descer escadas, agachar e sentar . Além de comprometer os movimentos funcionais, acarreta no desenvolvimento de outros transtornos no organismo como as alterações vasculares (varizes ou varicose) , retardando o retorno venoso.

  Um método capaz de verificar e prevenir modificações vasculares são as imagens térmicas da superfície da pele, e sua constante medição das variações ocorridas na temperatura. Deste modo, é possível identificar se a temperatura tecidual é saudável ou patológica. A temperatura normal varia entre 30 e 36,5 ºC em repouso, nos membros e nos locais próximos ao coração, respectivamente. Abaixo de 30 ºC, pode representar alterações vasculares e acima deste valor, as inflamações ou outras disfunções sistêmicas . A exceção ocorre durante o exercício físico, no qual a temperatura corporal pode alcançar 42º C .

  A termografia é um recurso utilizado para aquisição de imagens infravermelhas, suas características a definem como um recurso não invasivo, inócuo, não ionizante, sem contraste e que permite medir a temperatura emitida pela superfície da pele . As limitações de uso da termografia são a necessidade de uma sala com a temperatura, umidade e iluminação controladas, além do custo do equipamento .

  O uso da termografia para analisar a relação entre a temperatura na superfície da pele e o comportamento neuromuscular durante a pedalada foi realizado em um estudo de Quesada et al. . Eles comprovaram a influência da temperatura na resistência muscular e sugeriram que quanto mais resistente for a musculatura, maior é o tempo de atividade sem variação da temperatura.

  O comportamento neuromuscular pode ser quantificado e qualificado por meio de eletromiografia (EMG) e de mecanomiografia (MMG). A EMG é considerada

  3

  padrão-ouro para a contração isocinética e isotônica como na pedalada. Para Perry

  

et al. , ao comparar a EMG com a MMG, ambas foram eficientes nos registros

  dos sinais neuromusculares. A diferença é que o primeiro método proporciona uma 3 estimativa da força (contração e relaxamento) utilizada durante os movimentos dinâmicos e o segundo, além disso, também consegue verificar a taxa de disparo e o recrutamento das unidades motoras. Ao serem utilizadas em conjunto, complementam as informações sobre a contração muscular .

  A MMG é uma técnica utilizada para medir as oscilações laterais musculares, por meio de um sensor triaxial sobre a pele do indivíduo . Entretanto, sua limitação consiste na presença de ruídos que podem ser ocasionados por vibrações decorrentes da contração dinâmica

  .

  A termografia é um recurso novo utilizado para auxiliar no diagnóstico médico das alterações sistêmicas, apresentadas por Diakides e Bronzino , sendo pouco utilizada como um método preventivo na área da saúde.

  Nenhum estudo de correlação entre termografia, EMG e MMG foi encontrado na literatura. Inicialmente, o desenvolvimento de pesquisas na área de reabilitação musculoesquelética visa melhorar o condicionamento físico, o desempenho e a diferenciação entre os músculos mais e menos condicionados, nos indivíduos higídos. A temperatura superficial poderá ser utilizada como um parâmetro de prevenção ao aparecimento das alterações sistêmicas e metabólicas que geram a fadiga muscular, devido à intensidade da contração muscular. Em um segundo momento, as pesquisas podem ser ampliadas abrangendo as disfunções neurológicas, musculares, vasculares e sistêmicas como auxílio na reabilitação.

  1.2 Objetivos

  1.2.1 Objetivo geral Esta pesquisa tem como objetivo geral investigar a viabilidade da análise térmica superficial da pele na identificação das alterações metabólicas e vasculares geradas pela contração muscular durante o movimento de pedalada, em indivíduos hígidos, por meio da correlação com os sinais eletromiográfcos e mecanomiográficos.

  1.2.2 Objetivos específicos Especificamente, pode-se elencar os seguintes objetivos: 1. elaborar um protocolo de ensaio envolvendo análise termográfica, eletromiográfica e mecanomiográfica durante a pedalada; 2. avaliar quantitativamente as variações da temperatura superficial da pele na região do músculo reto femoral, utilizando a termografia antes e nos momentos finais da pedalada; 3. avaliar quantitativamente o comportamento neuromuscular do músculo reto femoral por meio da eletromiografia e mecanomiografia durante a pedalada; 4. correlacionar as variações de temperatura e sinais eletromiográficos e mecanomiográficos dos voluntários com as alterações vasculares e sistêmicas desencadeadas pela contração muscular.

  1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAđấO Esta dissertação será organizada em cinco capítulos. No Capítulo 1, contextualiza-se o problema estudado e definem-se os objetivos. No Capítulo 2, apresenta-se a fundamentação teórica com a revisão da literatura sobre a termografia, EMG e MMG, na verificação das alterações sistêmicas e metabólicas que geram a fadiga muscular. O Capítulo 3 descreve os materiais e métodos utilizados nos procedimentos experimentais. No Capítulo 4, serão exibidos os resultados do protocolo, a discussão com base na literatura consultada, as limitações da pesquisa e sugestões de trabalhos futuros. Por fim, no Capítulo 5, apresentam-se as conclusões resultantes da pesquisa, a contribuição científica e acadêmica trazida por essa pesquisa e suas perspectivas futuras.

  2.1 SISTEMA NERVOSO CENTRAL (SNC) E PERIFÉRICO

  2.1.1 Regiões do SNC no controle motor Andar, correr, pegar, lançar, pedalar, enfim, movimentar-se, são ações voluntárias que dependem do sincronismo entre o corpo e a mente. Para controlar um movimento há uma integração de algumas regiões cerebrais como córtex cerebral, tálamo, hipotálamo, hipófise, sistema límbico, núcleos da base e cerebelo.

  O córtex cerebral é dividido em até 52 áreas, com capacidade para interpretar, originar ações e transmitir informações visuais, auditivas, vestibulares, gustativas, olfatórias, somestésicas e motoras. Dentre essas áreas, duas regiões regulam os processos de controle motor: o córtex motor voltado ao planejamento motor, as tomadas de decisão e execução dos processos que originam os movimentos voluntários (vide Figura 1); e o córtex somatossensorial, responsável pela percepção sensorial .

  

Figura 1. Planejamento, iniciação e execução do movimento. O movimento voluntário será

gerado a partir de uma ideia, cuja ação muscular será planejada pelas áreas secundárias do

córtex, núcleos da base e cerebelo. Na sequência, a integração dessas informações é realizada

na área de associação e repassada ao córtex motor (áreas primárias) que transmitirá o impulso

neural para os músculos. A retroalimentação ou feedback (setas em vermelho) retorna à

informação via aferente até o cerebelo e córtex, permitindo ajustes motores durante a

execução motora. Adaptado

  O córtex motor é dividido em três áreas, conforme Machado e Hartel :

  4

  1. áreas motoras primárias, que regulam as respostas musculares distais e dos membros; além disso, também executam os planejamentos motores; 2. áreas motoras secundárias, voltadas ao planejamento motor (músculos que realizam o movimento, duração e o grau da contração), à decisão da execução e que também estão relacionadas à regulação dos movimentos sequenciais complexos do

  5

  tronco e músculos proximais ; 3. áreas de associação ou terciária, que recebem e integram as informações sensoriais e motoras.

  6 O córtex somatossensorial recebe, via aferente, informações exteroceptivas

  7

  8

  9

  referentes aos mecanorreceptores , termorreceptores , nociceptores , informações

  10

  proprioceptivas sobre alongamento ou estiramento e tensão, relacionados ao fuso e órgão tendinoso de Golgi, respectivamente .

  O tálamo é uma região de transferência e integração das informações do córtex cerebral e outras estruturas associadas aos processos sensoriais, motores, autonômicos e emocionais . O hipotálamo está relacionado ao controle das funções viscerais, principalmente a temperatura corporal (termorregulação), respostas endócrinas, comportamentais como a fome, sede (hidratação), emoção e comportamento sexual e formação de memórias . A hipófise é a porção inferior do hipotálamo e sua função é controlar

  11

  o sistema endócrino por meio da síntese ou liberação hormonal à célula-alvo . A comunicação entre o hipotálamo e a hipófise ocorre pela via eferente do trato hipotálamo-hipofisário. Sua importância durante o controle motor está relacionada à regulação das endorfinas, adrenalina ou epinefrina e noradrenalina .

  O sistema límbico representa quatorze regiões cerebrais, conforme Machado e Haerthel , dentre elas o hipotálamo, amigdalas, córtex, núcleo accumbens. 4 Auxiliam nos processos relacionados às emoções como as reações de luta e fuga, 5 Afastados do eixo axial 6 Perto do eixo axial 7 Estímulo externo ao corpo 8 Receptores de tato, pressão e vibração 9 Receptores que informam sobre a temperatura 10 Receptores da dor 11 Posição e movimento corporal medo, prazer, motivação, recompensa e armazenamento de memórias. Este sistema influencia na performance psicomotora durante a atividade física, por controlar a liberação de dopamina, envolvida nos processos de prazer e motivação .

  Os núcleos da base, caudado, putâmen e globo pálido, visualizados na Figura 2, fazem conexão com cortéx e tálamo pela via talamocortical, sendo assim, são os

  12

  reguladores dos circuitos motores, oculomotor, límbico e pré-frontal .

  

Figura 2. Núcleos da Base (2016a).

  O sistema vestibular gera informações quanto a aceleração, direção e deslocamento da cabeça e as transmitem ao cerebelo que integrará com os estímulos aferentes sobre os movimentos voluntários, em relação à coordenação motora, força, sentido, tônus muscular, manutenção da postura e equilíbrio. O cerebelo, em conjunto

  13

  com o córtex motor, via córtico-ponto-cerebelar , e os núcleos da base, são as

  12 13 Região da razão Conexão entre córtex, cerebelo e ponte principais áreas envolvidas nos processos de planejamento, tomada de decisão, execução e correção do movimento em execução .

  2.1.2 Controle motor Os movimentos são controlados em três níveis, visualizados na Figura 3, (a) córtex cerebral e núcleos da base, responsáveis pelos movimentos voluntários; (b) tronco encefálico e cerebelo, que controlam os movimentos de olhos e mãos, manutenção do equilíbrio, coordenação motora, os reflexos posturais; (c) medula espinhal, integra os reflexos espinhais e participa no controle dos proprioceptores musculares, explicada na seção 2.1.3 .

  

Figura 3. Divisões do controle motor:(1): entrada sensorial; (2): planejamento e tomada de

decisão; (3): coordenação e ajuste temporal: entrada cerebelar; (4): execução; (5): ajustes na

marcha, postura e equilíbrio; (6): feedback. Adaptado

  A ideia de realizar um movimento voluntário é gerada na região do córtex pré- frontal, sendo transmitida as áreas motoras secundárias e de associação que recebem informações do córtex motor, sensorial e cerebelo (1) sobre a propriocepção. O planejamento e tomada de decisão são definidos pelos núcleos da base e tálamo (2). Os ajustes dos movimentos são realizados pelo cerebelo (3) e repassados ao córtex motor, núcleos da base e tálamo (5). A execução do plano motor é gerada pelo córtex motor (áreas primárias) e no tálamo (4). Este impulso neural é transmitido ao tronco

  14

  encefálico, medula espinhal, junção neuromuscular (contração muscular), e a realimentação é gerada pelo receptores sensoriais que serão repassados à medula, cerebelo e córtex sensorial .

  2.1.3 Proprioceptores musculotendíneos Existem dois tipos de receptores musculotendíneos envolvidos nos processos que controlam o estiramento (comprimento) e o nível de tensão (contração) muscular, o fuso muscular e o órgão tendinoso de Golgi (OTG), respectivamente .

  O fuso muscular apresenta duas estruturas, a camada externa constitui as fibras musculares extrafusais e a interna, as fibras intrafusais. A fibra extrafusal é

  15

  inervada pelo motoneurônio alfa , o qual emite a resposta eferente. Já a fibra intrafusal é dividida em região central ou equatorial com terminações anulares

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  sensitivas, cuja função é transmitir, via fibra gama aferente Ia , informações à medula espinhal. Já as regiões polares ou periféricas recebem os estímulos dos

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  motoneurônios gama para aumentar ou diminuir o estiramento, visualizados na Figura 4 .

  14 15 Placa motora, recebe as informações do SNC e repassa o estímulo ao musculo 16 Nervo motor, o estímulo segue da medula ao músculo 17 Nervo aferente, o estímulo segue do músculo à medula Nervo motor, o estímulo segue da medula ao músculo

  

Figura 4. Fuso muscular, OTG e controle reflexo do músculo. Adaptado

(2010).

  As regiões polares das fibras intrafusais mantém uma quantidade de estiramento constante que desencadeia estímulos frequentes das terminações anulares à medula que geram uma resposta aos motoneurônios gama. Este mecanismo age na regulação do tônus muscular, ou seja, mesmo em repouso a musculatura permanece com uma tonicidade/tensão .

  Além de regular o tônus muscular, as fibras intrafusais regulam o comprimento muscular durante os movimentos voluntários. Quando as fibras extrafusais aumentam o comprimento muscular, estira-se a porção periférica das fibras intrafusais, o que gera um aumento da frequência de disparos neurais da região central intrafusal. Na sequência, a medula gera uma resposta via gama eferente para diminuir o comprimento muscular ao estado de repouso, este processo é denominado reflexo de estiramento para evitar uma lesão por excesso de estiramento .

  O OTG é um receptor localizado na junção musculotendínea, ao contrário do fuso muscular que é no ventre muscular. Sua função é regular a quantidade de tensão gerada pela contração nos tendões, seja na contração concêntrica, excêntrica ou isométrica. O aumento da tensão nos tendões aumenta a frequência de disparos sinápticos do OTG na via aferente Ib para medula espinhal, conforme ilustrado na Figura 4. Nela ocorrerá um estímulo inibitório, via motoneurônios alfa, para diminuir ou cessar a contração muscular, a fim de evitar uma lesão durante atividade física, este processo é denominado reflexo miotático inverso .

  O controle motor não é apenas influenciado pelas trocas de informações entre o SNC e o Sistema Nervoso Periférico (SNP), mas também pela temperatura corporal que regula uma série de eventos metabólicos durante o exercício físico . Um método capaz de auxiliar a monitorar o comportamento da temperatura é a termografia.

  2.2 TERMOGRAFIA

  2.2.1 História da temperatura e radiação térmica A temperatura é um parâmetro indicativo de saúde e vem sendo utilizada desde os tempos de Hipócrates, 400 A.C. (LAHIRI et al., 2012). Em 1592, Galileu Galilei inventou o primeiro termoscópio, um tubo de vidro com uma ponta metálica e um líquido dentro, capaz de aferir o calor corporal . No final do século XVII e início do século XVIII, Fahrenheit propôs que deveria existir uma graduação para indicar o valor da temperatura e Celsius conseguiu graduar em centigrados, 0-100 (valores da água no estado gasoso e sólido, respectivamente). Porém, foi Linnaeus quem realmente solucionou o problema da escala propondo a sua inversão (0-100, sólido para o estado gasoso), sendo essa última utilizada até hoje . Neste período, George Martine criou o termômetro e iniciou as pesquisas com humanos e, em 1868, Carl Wunderlich estabeleceu uma faixa de temperatura corporal considerada saudável, entre 36,3 a 37,5 °C .

  A temperatura (T) é uma grandeza física utilizada para identificar a variação térmica, seja para o frio ou calor, por meio da energia cinética em equilíbrio (vibração das moléculas). O equilíbrio molecular é alcançado quando as moléculas vibram em uma mesma frequência, pela transmissão de calor, até igualarem a temperatura . Uma das formas de medir a temperatura corporal é utilizando o Sistema Internacional de Unidades (SI), Kelvin (K). Ela representa a medida do zero absoluto e o ponto triplo da água (combinação da temperatura e pressão formando o equilíbrio termodinâmico nos três estados da matéria, o sólido líquido e gasoso), sendo equivalente a Celsius (° C) quando 0 K é igual a -273,15 °C.

  Nos corpos homeotérmicos, a temperatura não sofre grandes variações e o calor pode ser transmitido de três formas:  pela condução, quando o calor flui das moléculas ou átomos com temperatura mais elevada para os de menor temperatura, por meio do contato físico direto;  pela convecção, quando a energia é transferida de uma superfície para líquidos, gases ou fluidos em movimento (reações químicas);  e pela radiação térmica, na qual os raios infravermelhos, alguns espectros de luzes e a luz ultravioleta são propagados pelas ondas eletromagnéticas, os fótons, .

  A radiação térmica ou infravermelha foi descoberta por Willian Hershel (1800), e seu filho, John Hershel (1840), produziu a primeira imagem térmica . Apenas em 1960 a qualidade das imagens melhorou e, assim, elas passaram a ser utilizadas como um recurso para pesquisas na área médica .

  A radiação infravermelha pode ser visualizada na Figura 5, na faixa de comprimento de onda entre 750-1000 nm, no espectro das ondas eletromagnéticas.

  

Figura 5. Espectro das ondas eletromagnéticas (2016b).

  O corpo humano realiza, constantemente, manutenções da temperatura, sendo esta uma forma de preservar o ambiente termorregulátorio do organismo para manter

  18

  suas funções homeostáticas . Os raios infravermelhos são uma fonte de radiação térmica emitidos por meio da dissipação do calor pela pele e podem ser visualizados pela câmera termográfica .

  2.2.2 Aplicações da Termografia O tecido epitelial é o maior órgão do corpo humano e conforme a variação de sua estrutura matricial há formação de diferentes tecidos como fáscias, ligamentos, tendões, músculos, nervos, cartilagens e ossos . A pele reveste a superfície do corpo e cada camada recebe um nome específico, devido à profundidade e função, como ilustrado na Figura 6.

  

Figura 6. Camadas da pele. TNL: terminais nervosos livres; GS: glândula sudorípara. Adaptado

d

  A epiderme é a camada superficial com espessura de até 1,5 mm, composta por anexos da pele como as unhas, pêlos, glândulas sudoríparas e sebáceas. A derme 18 é a camada intermediária com espessura de até 3 mm, que além dos anexos, também

  Dentro do padrão normal de funcionamento apresenta os vasos sanguíneos e linfáticos, receptores, terminações nervosas, nervos e músculo piloeretor. A hipoderme é a última camada antes dos músculo esquelético, preenchida com tecido adiposo, sua espessura varia de acordo com a porcentagem de gordura corporal, e funcionalmente serve como reserva de energia e manutenção da temperatura corporal .

  Essas camadas da pele estão relacionadas à termorregulação com as formas de dissipação do calor, por meio da corrente sanguínea: a convecção, pelo aquecimento gerado pela contração muscular; a condução, por meio da pele; a radiação térmica; a sudorese e a evaporação.

  A termografia é um recurso utilizado para aquisição de imagens térmicas. Ela possibilita investigar as imagens em busca de eventos que ocorrem na epiderme e derme. Suas características a definem como um recurso não invasivo, inócuo, não ionizante, sem contraste e permitem medir a temperatura emitida pela superfície da pele .

  As áreas de aplicação da termografia são descritas por Diakides e Bronzino, : na oncologia, as possíveis inflamações da mama podem indicar o desenvolvimento de tumores ou câncer; no controle da dor; nas desordens vasculares como no diabetes; na reumatologia, visando as inflamações articulares, as artrites; na neurologia; em transplantes de órgãos; na oftalmologia, para a catarata; na viabilidade tecidual nas queimaduras; nas desordens dermatológicas como as alergias; no monitoramento de drogas e terapias; na avaliação da tireoide; nas aplicações dentárias; nas alergias respiratórias; no esporte e na reabilitação médica.

  As imagens infravermelhas, além de captarem as radiações térmicas, também podem revelar as modificações vasculares pela modificação da temperatura como na pesquisa de Martins , que envolvia a comparação térmica de indivíduos saudáveis e com varizes em membros inferiores e avaliações pré-cirúrgicas, também explicadas nas revisões termográficas .

  Na área de reabilitação, as imagens térmicas são utilizadas para verificar as condições inflamatórias, ortopédicas, miofasciais e ligamentares . A resistência muscular durante a pedalada e o mapeamento da temperatura dos músculos durante a pedalada e a alteração da temperatura durante a fadiga muscular em pequenos esforços .

  A termografia ainda não foi utilizada como um recurso preventivo e de promoção da saúde, apenas de auxílio diagnóstico. Nesta área, por meio da medição da temperatura, de acordo com Hadzic et al. , é possível prever o surgimento da fadiga muscular, por estar relacionada aos eventos, metabólicos, vasculares e da termorregulação .

  2.2.3 Termorregulação O sistema termorregulador possui a finalidade de manter constante a temperatura central (cabeça, tórax e órgãos) em dias quentes ou frios e/ou durante o exercício físico. De acordo com Fox , este sistema utiliza os seguintes mecanismos de controle:

  1. sistema nervoso central, especificamente o Hipotálamo (o centro termorregulador), contém neurônios termossensíveis que coordenam as ações eferentes de aquecimento ou resfriamento corporal, conforme as informações aferentes recebidas;

  2. termorreceptores periféricos (cutâneos, viscerais, em grandes veias e na medula espinhal) são responsáveis por transmitir as informações aferentes sobre a temperatura;

  3. os efetores térmicos são órgãos (sistema musculoesquelético, vascular e glandular) que efetuam a resposta do SNC para corrigir a temperatura central.

  Para manter a homeostase corporal, o hipotálamo recebe as sinapses dos termorreceptores periféricos, caso a mensagem seja para gerar ou conservar calor, o hipotálamo posterior promoverá uma vasoconstrição periférica, contrações musculares (tremores), piloereção, a liberação de noradrenalina, adrenalina e tiroxina para elevar o metabolismo basal . Já na perda de calor, o hipotálamo anterior (pré-óptico) gera uma vasodilatação periférica e sudorese, para dissipar o calor por condução, convecção, evaporação e radiação .

  O organismo gerencia as calorias diárias, por meio do balanço entre a perda e o ganho ou manutenção de calor, para sua dissipação ocorrerá a radiação, condução, convecção e evaporação. Entretanto, para a sua manutenção ou ganho, o corpo utiliza como fonte o metabolismo basal, a atividade muscular, os hormônios, os efeitos térmicos dos alimentos, as modificações de posturas e as influências do ambiente .

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